AG - ФизикоХимический процесс образования покрытия

 

МАСЛА: Даже очень хорошо подготовленная поверхность стали 0,63 (рис.1) при детальном рассмотрении под микроскопом имеет вид вспаханного поля с чередой пиков, кратеров и редких равнин между ними.
Для обеспечения технологической твердости поверхности была проведена химико-термическая обработка, обеспечивающая прочность поверхности металла 58:63 HRCэ.

 

 

 

Без проведения упрочнения поверхностей скорость разрушения повышается в 3-10 раз. В каждый следующий момент будут соприкасаться, и разрушаться другие микропики микрорельефа (причем, вследствии эффекта микроканавок, возбуждается процесс автоколебаний, который раскачивает отдельные пики, вводя их в резонанс) добавляя в масло все новые и новые частицы металла, увеличивая зазоры (рис.3).

 

 

Кроме того, масло претерпевает из-за действия температуры и механоактивации деструкцию, образуя атомарный водород, который является мощным катализатором и устремляется в зону повышенных температур. Подповерхностный слой, нагреваемый за счет пластических деформаций, вызываемых сдвиговыми усилиями и тем, что поверхностный слой более прочный и имеет лучший теплоотвод.

 

Атомарный водород заполняет поры, микротрещины и дислокации подповерхностного слоя. Вступая в химические реакции с металлом, образуя, хрупкие гидраты и взаимодействуя друг с другом, образует молекулярный водород, который, накапливаясь в любых полостях, расклинивает их, разрушая металл, так как создаваемые усилия превышают предел прочности металла. Таким образом, происходит чешуйчатое отслоение.
За счет эффекта Ребиндера, образование гидратов (хрупких соединений) происходит и на поверхности металла, что подтверждает, что прочность создаваемых поверхностных слоев без учета защиты от атомарного водорода не решает проблемы.

Надо помнить, ХТО неравномерно упрочняет металл, а это ведет к тому, что в межзеренном пространстве накапливается большое количество мелких атомов, используемых для деформации решетки металла, а это охрупчивает межзеренное пространство, и проводимые в дальнейшем мероприятия (низкий отпуск и др.) Не обеспечивает гомогенизации или резко повышают цену продукции.
За счет увеличения зазора между контактируемыми поверхностями, повышается амплитуда биения, что ускоряет процесс разрушения. Масло имеет вязкость до 100 сантистокс, поэтому может работать только как охлаждающая жидкость и только в случае эффекта <масляного клина> как смазочный вариант, т.к. при даже средненагруженных узлах, смазочный материал должен иметь вязкость не менее 1000 сантистокс. Однако использовать эффект <масляного клина> при создании конструкции довольно сложная задача:
- сложность подвода масла в зону контакта при требуемом давлении;
- чистота масла;
- сложность узлов уплотнения;
- сложность в обеспечении параллельных каналов от засорения.
- Причем, на данном уровне промышленности вообще использовать эффект можно только в закрытых формах движения и невозможно на таких узлах, как зубчатые колеса и подшипники качения, а также открытые, как рельс-колесо.

Поэтому, до последнего времени задача увеличения моторесурса решалась путем улучшения свойств материалов контактируемых деталей, специальной обработкой поверхностей и улучшением свойств применяемых масел.

 

В последние годы активно применяются многочисленные присадки, как улучшающие свойства масел, так и обеспечивающие выравнивание дефектов микрорельефа трущихся поверхностей (Деста, Аспект модификатор, Универсальный модификатор, СУРМ, Гретерин и др.)
Механизм присадки кратко рассмотрим на примере рисунка 4, где та же пара трения показана в том же увеличении.

 

 

Вводим: Антиоксиданты (зелёные) для предотвращения старения масла, антизадирные (коричневые) и заполняющие (синие) элементы.

В процессе трения крупные кратеры на поверхностях металла заполняются элементами, и частично выровненные поверхности как на шариках (антизадирных элементах) проскальзывают друг по другу.
Основной недостаток данной технологии заключается в том, что в местах трения все время необходимо наличие присадки в достаточной концентрации и что, образующийся атомарный водород, результат деструкции масла, так и в случае работы конструкции без присадки, устремляется в подповерхностный слой металла, разрушая его аналогичным образом, но с меньшей скоростью.

При этом поддержание значительной концентрации присадок в системе подачи масла повышает вероятность засорения параллельной масляной системы.

Кроме этого, нужно помнить, что присадки Деста - это керамика, а АМ и УМ - это органика (фторопласт - тефлон), СУРМ и Гретерин - металлоорганика, каждая их них не в состоянии обеспечить защиту от атомарного водорода, вследствие отсутствия условий, обеспечивающих образование переструктуирования подповерхностного слоя.

 

 

Принципиальная технология заключается в использовании эффектов и закономерностей происходящих в присутствии гидрофильных и гидрофобных природных ассоциаций, способных каталитический эффект атомарного водорода использовать для протекания физико-химических процессов и для поддержания активации третьего тела довольно продолжительное время, превышающее при обычном смазывании на порядки.
Процесс формирования органометаллокерамического покрытия, в дальнейшем ОМКП, с легированием подповерхностного слоя поверхностей пар трения рассмотрим подробнее на рисунке 5-8, где как и ранее крупным планом изображено место локального контакта.

 

 

В соответствии с технологией СОТ микрочастицы: 1 (коричневые), состав 2 (зелёные), состав 3 (синие). Если условно разделить протекающие процессы на этапы, то можно представить себе картину следующим образом:

1. За счет высоких абразивных свойств состава 3 в местах контакта выполняются суперфинишные операции поверхностей трения - очистка от нагаров, окислов, лакообразований (синтез деструкции масла с металлом), до чистого металла, с переструктуированием подповерхностного слоя.

Причем, вследствии повышенного электросопротивления состава 3, образующийся атомарный водород связывается третьим телом, включающим состав 2-кластеры и состав 1- органику, имеющие недостаток водорода, что защищает подповерхностный слой от разрушения.

В местах локального контакта в микрообъемах температура развивается до 1000 градусов С и более, что при огромных скоростях их (металла) охлаждения до 1/50000 секунды, (жизнь радикала), ведет к свариванию микрочастиц часто гидрофильных с гидрофобными, образуя <сростки> (в том числе металл с керамикой), причем металл подкапливается до 60..65 HгСэ.

Этот процесс протекает аналогично процессу переструктуирования при значительных температурах и контактных давлениях, вызываемых эффектами шаржирования в присутствии сильных микротоков и микромагнитных действий от сигнетиков природного происхождения и синергизма их воздействия, до глубин 0,1 мм и более с последующей диффузией (превышающую без катализаторов на 12-13 порядков) и сегрегацией (превышающей без катализаторов на 5-8 порядков).

В процессе нашаржирования появляются новые дислокации в подповерхностном слое, увеличивается количество <сростков> и подкаленного металла, что резко повышает электросопротивление, препятствующее движению электрических зарядов (блуждающих токов), что также способствует удержанию атомарного водорода в зоне третьего тела.

В керамике состава 3 содержится значительное количество металлов переходной группы, но недостаточное количество окислителей, и поэтому нестабильность соединений при механоактивациях незначительных энергий, приводит к протеканию цепных химических реакций, особенно процесс усиливается при введении катализаторов и антиоксидантов, снижающих влияние кислорода на протекающие процессы.
Однако одного состава 3 недостаточно, чтобы управлять физико-химическими процессами цепных реакций особенно для получения конкретного промежуточного продукта, так необходимых для формирования матрицы с тиксотропными свойствами.

2. За счет вязких и пластичных свойств состава обеспечивается снижение охрупчивания матрицы поверхностного и подповерхностного слоев, путем заполнения, дислокаций, туннелей от нашаржирования и иных неплотностей кластерами и катализаторами, которые инициируют цепные химические реакции направленные на диффузионные и сегрегационные процессы в металле до глубин 0,2 мм, при этом зерно металла измельчается и легируется кобальтом, никелем, ниобием, танталом и др. элементами, причем микротвердость не уменьшается.

 

Одновременно формируется жидкий монокристалл на кристаллической решетке металла рисунок 6-7, обладающий тиксотропными свойствами, обеспечивающими растекание его по поверхности, изменяя геометрические формы до энергетически выгодных, образуя при этом пятна контакта матового цвета, причем экспериментально отмечено, что как и в традиционных жидких кристаллах большую роль в процессах играют волокниты (в том числе <хвостатые>)

 

3. За счет связующих свойств состава 1 обеспечивается повышение скорости заполнения составами 2 и 3 раковин, трещин, задиров, а также расширяет сферу применения жидких композиций в качестве технологий по формированию многослойных покрытий традиционными способами (лакокрасочные покрытия в том числе, порошками) для:
- ремонта узлов различных форм движения;
- покрытия днищ судов антиобрастающими, антикоррозийными и антифрикционными многослойными покрытиями;
- выполнения технологических операций (глубокая вытяжка и др.)

Все выше перечисленные процессы протекают параллельно при ассоциации эффектов, обеспечивающих повышение скорости диффузионных процессов и сегрегации, в соответствии с цепными реакциями (открытие академика Семенова Н.Н.) до снижения относительных концентраций составов 1,2,3 ниже допустимых при снижении общей концентрации до 0,01% от количества масла, что приводит к затуханию процесса цепных реакций, особенно в части процесса управления, обеспечивающего длительную задержку в каком либо звене цепи реакции для получения конкретного изотопа или составов, необходимых для процессов диффузии и сегрегации. Сформированный жидкий монокристалл (рис.8), имеет сложную физико-химическую структуру.

 

Ассоциация минералов, металлов и органики обеспечивают необходимые условия не только формирования и поддержания слоя длительно время, но и за счет тиксотропных свойств и наличия <сростков> и жидких кристаллов превращает этот слой в <живой> (сервовитная пленка), где непрерывно перемещаются микрочастицы, происходят хемосорбционные и химические процессы.
Установлено экспериментально, что микрочастицы керамики не только скользят относительно друг друга, но и имеют все шесть степеней свободы. Согласно предложенному мною термину - это явление названо эффектом <полирезонанса>, так как в данном случае резонирование микрочастиц возбуждается эффектом микроканавок, возбуждающий процесс автоколебаний. Микрочастицы при контактировании поочередно подвсплывают при непрерывных колебательных процессах, что также способствует снижению коэффициента трения и повышению ресурса механизма (по аналогии разработан подшипник з.94014972). Установлено экспериментально, что при достижении критического количества <сростков> происходит скелетообразование матрицы, делает ее неподвижной (металлокерамической и керамической), создавая условия для формирования на ней нового жидкого монокристалла СОТ.

Таким образом, жидкие композиции СОТ очень перспективны, так как обеспечивают не только формирование жидкого монокристалла, но и при использовании композиции с эффектом <возгонки>, например соединения кобальта, а также при транспортировке составов СОТ газами при использовании статического электрического и магнетизма. Технология разработана в 1964 - 1976г., опробировано - 1976 - 1982г., используется 20 - 30 коллективами в различных областях промышленности, сельском хозяйстве и судостроении.

 

 

1. Аномально низкий коэффициент трения - до 0,003.
2. Макротвердость поверхности - до 690: 710 HV. При введении в качестве наполнителя УДА (ультрадисперсных алмазов), циркона или кварца микротвердость соответствует по Моосу 10; 9; 7; 5.
3. Ударная прочность - 50 кг на кв/мм. При повышении процентного содержания состава 2 и <состаренного> 3 жидкий монокристалл при восприятии нагрузки переходит в вязко-текучее состояние.
4. Высокая коррозийная стойкость, обеспечиваемая связыванием атомарного водорода - катализатора всех физико-химических и химических процессов.
5. Высокое электросопротивление, обеспечиваемое наличием в матрице органических соединений (гидрофобных и <двойников>).
6. Высокая огнеупорность, обеспечиваемая наличием при формировании жидкого монокристалла преимущественно природных минералов (гидрофобных и <двойников>), причем, если обеспечиваются повышенные давления и температура, то формируется чисто керамический слой (технология порошковой металлургии). Сформированное покрытие контактируемых поверхностей (в зависимости от форм движения), с учетом переструктуирования подповерхностного слоя, обладает повышенными свойствами:
- на истирание, в следствии аномально низкого коэффициента трения до 0,003;
- обеспечивается стойкость к температуре (жаростойкость), электрическим воздействиям (электросопротивлению), химическим воздействиям (коррозийной стойкости).

 

Применение СОТ при эксплуатации машин и механизмов (при учете форм движения контактируемых поверхностей) обеспечивает эффект безъизносности, при удовлетворении следующих условий:

 

Мв = Мд + Му.
Мв - масса вводимого в зону трения СОТ .
Мд - масса деструктуируемого в зоне трения СОТ.
Му - масса уносимого маслом из зоны трения СОТ.